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  • 权利要求
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  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft eine insbesondere an einem Handhabungselement(16) fixierbare Laserbearbeitungsvorrichtung (1) zum Verschweißen vonzumindest teilweise überlappendangeordneten verzinkten Blechbauteilen (2, 3). Hierzu weist dieLaserbearbeitungsvorrichtung (1) eine Lasereinrichtung (4) und einemittels eines Servomotors (12) betätigbare Spannvorrichtung (5) auf,welche die Blechbauteile (2, 3) während der Bearbeitung im Bereicheines Verbindungsflansches (10) verspannt. Die Spannvorrichtung(5) weist zwei relativ zueinander verfahrbare Spannelemente (6,7) auf, zwischen welchen der Verbindungsflansch (10) der Blechbauteile(2, 3) in einer Funktionsstellung der Spannvorrichtung (5) verspannt.Die durch die servomotorische Spannachse erzeugte Spannkraft wirddoppelseitig, also von beiden Seiten, in den Verbindungsflansch(10) der zu verschweißendenBlechbauteile (2, 3) eingeleitet. Durch diesen geschlossenen Kraftflussinnerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtung (1) entstehen keinerleiReaktionskräfteauf das Handhabungselement (16) und es können hohe Spannkräfte vonca. 4000 N erzeugt werden, was insbesondere beim Schweißen hochfesterBlechbauteile (2, 3) vorteilhaft ist.
    公开号:DE102004003745A1
    申请号:DE200410003745
    申请日:2004-01-23
    公开日:2005-08-11
    发明作者:Markus Dipl.-Ing. Rössinger
    申请人:Volkswagen AG；
    IPC主号:B23K37-04
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine insbesondere an einem Handhabungselementfixierbare Laserbearbeitungsvorrichtung zum Verschweißen vonzumindest teilweise überlappendangeordneten verzinkten Blechbauteilen, mit einer Lasereinrichtungund einer mittels eines Servomotors betätigbaren Spannvorrichtung,welche die Blechbauteile währendder Bearbeitung im Bereich eines Verbindungsflansches verspannt.
    [0002] ZumFügen vonBlechbauteilen ist das lasergerechte Spannen ein wesentlicher Bestandteileiner prozesssicheren Fertigungstechnologie. Zum Spannen der Blechwerkstücke können entwedermehrere fest positionierte Spannvorrichtungen eingesetzt werdenoder die Spannvorrichtung wird an der Laserbearbeitungsvorrichtungmitgeführt.Als Spannmittel werden Andruckrollen oder Finger eingesetzt, welche dieSpannkräftepunktförmigin die Blechbauteile einleiten.
    [0003] BeimSchweißenvon verzinkten Blechbauteilen ist die Einhaltung eines definiertenSpaltes von 0,2 mm ± 0,1mm zwischen den Verbindungsflanschen zur Zinkentgasung notwendig.Dieser Spalt wird typischerweise durch in die Blechbauteile eingeprägte Abstandhalter,beispielsweise Noppen, erzeugt.
    [0004] Bedingtdurch die punktförmigenSpannkräftekönnendie zu verbindenden Blechbauteile im Bereich des Verbindungsflansches,insbesondere zwischen den Abstandselementen (Noppen) derart zusammengedrückt werden,dass Schweißnahtfehler aufgrundunzureichender Zinkentgasung auftreten können.
    [0005] Inder EP 1 201 352 A2 istbereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben. EineLaserbearbeitungsvorrichtung zum Verschweißen von überlappend angeordneten Blechbauteilen istmit einem als Roboterarm ausgebildeten Handhabungselement verbunden.In einer ersten Ausführungsformsind eine Lasereinrichtung und eine Spannvorrichtung jeweils aneinem Trägerfixiert, an welchem auch das Handhabungselement fixiert ist. Ineiner weiteren Ausführungsformist die Spanneinrichtung an dem Träger und die Lasereinrichtungan der Spanneinrichtung fixiert. Die Spannvorrichtung weist einemittels eines Servomotors und einer Gewindespindel angetriebeneAndruckrolle auf. Die Andruckrolle übt einen Druck auf einen Verbindungsflanschder zu verschweißendenBlechbauteile aus, wodurch die Blechbauteile verspannt werden.
    [0006] Dabeierweist es sich als nachteilig, dass die durch die Spannvorrichtungerzeugte Spannkraft bzw. Andruckkraft nur von einer Seite auf diezu verschweißendenBlechbauteile wirkt. Dabei muss die Gegenkraft zur Spannkraft durchdas Handhabungselement, insbesondere durch den Roboterarm aufgenommenwerden. Dadurch ist die maximal mögliche Spannkraft bei einermaximalen Tragkraft eines herkömmlichenRoboters von 125–150kg auf entsprechend 1250–1500N beschränkt.Durch die beschriebene Anbindung ergibt sich eine sehr starre Kopplungzwischen dem Handhabungselement und der Andruckrolle, so dass kleinebauteilbedingte Unebenheiten durch Verformung des Handhabungselementeskompensiert werden müssen,soweit diese nicht durch eine extrem schnelle Umstellung der Gewindespindelkompensiert werden können.Zusätzlichergibt sich bei der beschriebenen zweiten Ausführungsform das Problem, dassbei einem Verfahren der Andruckrolle, die Lasereinrichtung relativzu dem Verbindungsflansch der Blechbauteile bewegt wird, wodurchder Fokus des Laserstrahls aus dem Bereich des Verbindungsflanschesheraus bewegt wird. Hierdurch kann eine prozesssichere Schweißung derBlechbauteile nicht mehr gewährleistetwerden.
    [0007] Ausder JP 08090264 isteine weitere Laserbearbeitungsvorrichtung bekannt, welche eine Lasereinrichtungund eine Spannvorrichtung mit einem pneumatischen Antrieb aufweist.Die Spannvorrichtung weist zwei hintereinander angeordnete Andruckrollenauf, welche einseitig oder beidseitig der zu verschweißenden Blechbauteileangeordnet sind. Bei einem Vorschub der Laserbearbeitungsvorrichtungläuft diehintere der beiden Andruckrollen stets über die durch die Lasereinrichtungerzeugte Schweißnaht,was zu einer unvorteilhaften Schwingungsanregung in den Blechbauteilenführenkann. AußerdemkönnenstärkergekrümmteFlanschbereiche aufgrund der hintereinander angeordneten Rollenpaarenicht gespannt und verschweißtwerden. Durch die pneumatische Spanntechnik werden nur geringe Spannkräfte ermöglicht,wodurch sehr genaue Passungsgenauigkeiten der Blechbauteile erforderlichsind, um eine prozesssichere Schweißung zu gewährleisten. Eine Spannweganpassungan unterschiedliche Blechstärkenim Bereich des Verbindungsflansches ist mittels der pneumatischen Spanntechniknicht möglich.
    [0008] Vordiesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eineLaserbearbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zustellen, mittels welcher die erforderliche Prozesssicherheit beimSchweißenvon überlappendangeordneten verzinkten Blechbauteilen gewährleistet bzw. verbessert werdenkann.
    [0009] DieseAufgabe wird gelöstmit einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs1. Die Unteransprüchebetreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungender Erfindung.
    [0010] Erfindungsgemäß ist alsoeine insbesondere an einem Handhabungselement fixierbare Laserbearbeitungsvorrichtungzum Verschweißenvon zumindest teilweise überlappendangeordneten verzinkten Blechbauteilen vorgesehen, bei welcher dieSpannvorrichtung zwei relativ zueinander verfahrbare Spannelementeaufweist, wobei zumindest der Verbindungsflansch der Blechbauteilein einer Funktionsstellung der Spannvorrichtung zwischen den Spannelementenverspannt ist. Die durch die servomotorische Spannachse erzeugteSpannkraft wird hierdurch doppelseitig, also von beiden Seiten inden Verbindungsflansch der zu verschweißenden Bleche eingeleitet.Durch diesen geschlossenen Kraftfluss innerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtungentstehen keinerlei Reaktionskräfteauf das Handhabungselement und es können hohe Spannkräfte vonca. 4000 N erzeugt werden, was insbesondere beim Schweißen hochfesterBleche sehr vorteilhaft ist. Mittels der durch den Servomotor verfahrbarenSpannvorrichtung kann eine maßlichedefinierte Spannung der Blechbauteile erfolgen. Insbesondere kanndurch eine programmierbare Spannwegbegrenzung der Spannelementesichergestellt werden, dass die Blechbauteile nicht aufgrund einerhohen Punktlast zwischen den in den Blechbauteilen angeordneten Abstandselementenzusammengedrücktwerden und dadurch den zum Laserschweißen von verzinkten Blechbauteilenunbedingt erforderlichen Entgasungsspalt verschließen. Außerdem kanndurch die Programmierung der Spannwegbegrenzung für mehrerePositionen mit unterschiedlichen Blechpaketstärken ein lasergerechtes Spannenauch von komplexen Werkstückenermöglichtwerden. Durch eine zusätzlicheErfassung des Spanndrucks kann in Verbindung mit der Wegmessungder servomotorischen Spannachse die Prozesssicherheit wesentlichverbessert werden.
    [0011] Einebesonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindungwird auch dadurch erreicht, dass der Laserbearbeitungsvorrichtungein Handhabungselement, insbesondere eine Roboterhand, zugeordnetist, mittels welcher die Laserbearbeitungsvorrichtung entlang desVerbindungsflansches der Blechbauteile bewegbar ist, wobei zwischender Laserbearbeitungsvorrichtung und dem Handhabungselement eineine relative Bewegung zwischen dem Handhabungselement und der LaserbearbeitungsvorrichtungermöglichendesAusgleichselement angeordnet ist. Hierdurch können bauteilbedingte Lageschwankungender Laserbearbeitungsvorrichtung im gespannten Zustand zur programmiertenPosition des Handhabungselementes kompensiert werden.
    [0012] Eineandere besonders zweckmäßige Weiterbildungwird auch dadurch geschaffen, dass die Lasereinrichtung derart mitdem ersten Spannelement verbunden ist, dass die Lasereinrichtungin der Funktionsstellung der Spannvorrichtung einen konstanten Abstandzum Verbindungsflansch der Blechbauteile aufweist. Hierdurch kannsichergestellt werden, dass der Fokus des durch die Lasereinrichtung generiertenLaserstrahls im Bereich des Verbindungsflansches der Blechbauteileliegt, wodurch die Schweißnahtfehlerreduziert und die Prozesssicherheit erhöht wird.
    [0013] Besondersvorteilhaft ist auch, dass das zweite Spannelement über einVerstellelement, insbesondere einen Gewindetrieb, mit dem Servomotor verbundenist. Hierdurch könnenkleine Spannwege ermöglichtwerden, so dass bei geeigneter Wahl der Übersetzung zwischen Motor undGewindetrieb hohe Spannkräftebei gleichzeitig kleinem Bauraum möglich sind.
    [0014] Dabeierweist es sich als besonders praxisnah, dass zwischen dem erstenund dem zweiten Spannelement eine Linearführung angeordnet ist. Durchdie Führungkann eine definierte Spannsituation erzeugt und ein Verkanten derSpannelemente relativ zueinander vermieden werden.
    [0015] Eineandere praxisnahe Weiterbildung der vorliegenden Laserbearbeitungsvorrichtungwird auch dadurch erreicht, dass an den Spannelementen jeweils einSpannkörperlösbarfixiert ist. Durch diese lösbareFixierung der Spannkörperkann die Spannvorrichtung bzw. die Laserbearbeitungsvorrichtung anunterschiedliche Spannsituationen, beispielsweise hinsichtlich dererforderlichen Spannkräfteoder hinsichtlich der Ausgestaltung des Verbindungsflansches durchAustauschen der Spannkörpereinfach und ohne viel Aufwand angepasst werden.
    [0016] Dabeikönnendie Spannelemente oder die Spannkörper als Spannzange, Andruckrolleoder Andruckfinger ausgebildet sein. Bei der Verwendung einer beiseitigenAndruckrolle kann beispielsweise der Vorschub der Laserbearbeitungsvorrichtungin der Funktionsstellung der Spannvorrichtung erfolgen. Beim Schweißen vonhochfesten Blechbauteilen sollte dagegen aufgrund der erforderlichenhohen Spannkräfteeine Spannzange verwendet werden.
    [0017] Einebesonders zweckmäßige Weiterbildung dervorliegenden Laserbearbeitungsvorrichtung wird auch dadurch geschaffen,dass die Lasereinrichtung in einer Funktionsstellung der Spannvorrichtungrelativ zur der Spannvorrichtung entlang des Verbindungsflan schesder Blechbauteile verfahrbar ist. Eine Punktberührung der Spannkörper führt beihohen Spannkräftenund einem gleichzeitigen Vorschub der Laserbearbeitungsvorrichtungentlang des zu verschweißendenVerbindungsflansches zur Bildung von unerwünschten Spurrillen im Verbindungsflanschder Blechbauteile, insbesondere bei hochfesten, warmumgeformtenoder dicken Blechen, welche größere Formtoleranzenaufweisen. Dadurch, dass die Lasereinrichtung im gespannten Zustandder Spannvorrichtung relativ zu dieser verfahrbar ist, kann dieAusbildung von Spurrillen verhindert werden. In der Praxis wirddiese Weiterbildung insbesondere dann eingesetzt, wenn die Spannkörper bzw. dieSpannelemente als Spannzange ausgebildet sind.
    [0018] Dabeierweist es sich als besonders vorteilhaft, dass die Lasereinrichtungein durch einen Servomotor antreibbares Verstellelement, insbesondere einZahnstangen-Ritzelantrieb,aufweist. Hierdurch kann die Lasereinrichtung sehr genau entlangdes Verbindungsflansches der Blechbauteile verfahren werden.
    [0019] Alsbesonders zweckmäßig erweistsich dabei eine zwischen der Lasereinrichtung und der Spannvorrichtung,insbesondere dem ersten Spannelement, angeordnete Lineartührung. Durchdiese Führungwird die Lasereinrichtung definiert und ohne Verkanten relativ zuder Spannvorrichtung bewegt, wodurch die Prozesssicherheit erhöht wird.
    [0020] DieErfindung lässtzahlreiche Ausführungsformenzu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davonin der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diesezeigt eine Prinzipdarstellung einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zumVerschweißenvon zwei teilweise überlappendangeordneten verzinkten Blechbauteilen 2, 3 in einerteilweise geschnittenen Darstellung. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 weisteine Lasereinrichtung 4 und eine Spannvorrichtung 5.auf. Die Spannvorrichtung 5 weist ein erstes und ein zweitesSpannelement 6, 7 auf an welchen jeweils ein Spannkörper 8, 9 lösbar fixiertist. Die Spannelemente 6, 7 bzw. die Spannkörper 8, 9 spannendie Blechbauteile 2, 3 im Bereich eines Verbindungsflansches 10,während eindurch die Lasereinrichtung 4 erzeugter Laserstrahl 11 diebeiden Blechbauteile 2, 3 miteinander verschweißt. Daszweite Spannelement 7 kann mittels eines Servomotors 12 relativzum ersten Spannelement 6 verfahren werden (siehe DoppelpfeilA). Hierzu ist zwischen dem zweiten Spannelement 7 unddem Servomotor 12 ein als Gewindetrieb ausgebildetes Verstellelement 13 undzwischen dem ersten Spannelement 6 und dem zweiten Spannelement 7 eineLinearführung 14 angeordnet.Die Lasereinrichtung 4 ist unter Zwischenschaltung einesAusgleichselementes 15 an einem als Roboterarm ausgebildetenund nur teilweise dargestellten Handhabungselement 16 fixiert,wobei das Ausgleichselement 15 bauteilbedingte Lageschwankungender Laserbearbeitungsvorrichtung 1 im gespannten Zustandder Spannvorrichtung 5 zur programmierten Position des Handhabungselementes 16 ausgleicht(siehe Doppelpfeil B). Mittels eines weiteren von einem Servomotor 17 betätigbarenVerstellelementes 18, welches als Ritzel-Zahnstangenantriebausgebildet ist, kann die Lasereinrichtung 4 relativ zurSpannvorrichtung 5 entlang einer Vorschubachse 19 parallelzum Verbindungsflansch 10 verfahren werden. Zwischen derLasereinrichtung 4 und der Spannvorrichtung 5 bzw. demersten Spannelement 6 ist eine weitere Linearführung 20 angeordnet.
    1 Laserbearbeitungsvorrichtung 2 Blechbauteil 3 Blechbauteil 4 Lasereinrichtung 5 Spannvorrichtung 6 Spannelement 7 Spannelement 8 Spannkörper 9 Spannkörper 10 Verbindungsflansch 11 Laserstrahl 12 Servomotor 13 Verstellelement 14 Linearführung 15 Ausgleichselement 16 Handhabungselement 17 Servomotor 18 Verstellelement 19 Vorschubachse 20 Linearführung
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Eine insbesondere an einem Handhabungselement(16) fixierbare Laserbearbeitungsvorrichtung (1)zum Verschweißenvon zumindest teilweise überlappendangeordneten verzinkten Blechbauteilen (2, 3),mit einer Lasereinrichtung (4) und einer mittels einesServomotors (12) betätigbarenSpannvorrichtung (5), welche die Blechbauteile (2, 3)währendder Bearbeitung im Bereich eines Verbindungsflansches (10)verspannt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung(5) zwei relativ zueinander verfahrbare Spannelemente (6,7)aufweist, wobei zumindest der Verbindungsflansch (10) derBlechbauteile (2, 3) in einer Funktionsstellungder Spannvorrichtung (5) zwischen den Spannelementen (6, 7)verspannt ist.
    [2] Laserbearbeitungsvorrichtung (1) nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserbearbeitungsvorrichtung(1) ein Handhabungselement (16), insbesondereeine Roboterhand, zugeordnet ist, mittels welcher die Laserbearbeitungsvorrichtung(1) entlang des Verbindungsflansches (10) der Blechbauteile(2, 3) bewegbar ist, wobei zwischen der Laserbearbeitungsvorrichtung(1) und dem Handhabungselement (16) ein eine relativeBewegung zwischen dem Handhabungselement (16) und der Laserbearbeitungsvorrichtung(1) ermöglichendesAusgleichselement (15) angeordnet ist.
    [3] Laserbearbeitungsvorrichtung (1) nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (4)derart mit dem ersten Spannelement (6) verbunden ist, dassdie Lasereinrichtung (4) in der Funktionsstellung der Spannvorrichtung(5) einen konstanten Abstand zum Verbindungsflansch (10) derBlechbauteile (2, 3) aufweist.
    [4] Laserbearbeitungsvorrichtung (1) nach zumindesteinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Spannelement (7) über einVerstellelement (13), insbesondere einen Gewindetrieb,mit dem Servomotor (12) verbunden ist.
    [5] Laserbearbeitungsvorrichtung (1) nach zumindesteinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweitenSpannelement (6, 7) eine Lineartührung (14) angeordnetist.
    [6] Laserbearbeitungsvorrichtung (1) nach zumindesteinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass an den Spannelementen (6, 7) jeweilsein Spannkörper(8, 9) lösbarfixiert ist.
    [7] Laserbearbeitungsvorrichtung (1) nach zumindesteinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente (6, 7)oder die Spannkörper(8, 9) als Spannzange, Andruckrolle oder Andruckfingerausgebildet sind.
    [8] Laserbearbeitungsvorrichtung (1) nach zumindesteinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (4) ineiner Funktionsstellung der Spannvorrichtung (5) relativzu der Spannvorrichtung (5) entlang des Verbindungsflansches(10) der Blechbauteile (2, 3) verfahrbarist.
    [9] Laserbearbeitungsvorrichtung (1) nach zumindesteinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (4) ein durcheinen Servomotor (17) antreibbares Verstellelement (18),insbesondere ein Zahnstangen-Ritzelantrieb, aufweist.
    [10] Laserbearbeitungsvorrichtung (1) nach zumindesteinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lasereinrichtung (4)und der Spannvorrichtung (5), insbesondere dem ersten Spannelement(6), eine Lineartührung(20) angeordnet ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004003745B4|2013-10-10|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-08-11| OM8| Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law|
    2011-02-03| 8120| Willingness to grant licences paragraph 23|
    2011-02-10| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2012-01-02| R016| Response to examination communication|
    2012-01-03| R016| Response to examination communication|
    2013-04-05| R016| Response to examination communication|
    2013-04-06| R016| Response to examination communication|
    2013-06-04| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2013-08-13| R085| Willingness to licence withdrawn|
    2014-01-11| R020| Patent grant now final|
    2014-02-26| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B23K0026320000 Ipc: B23K0026322000 |
    2014-03-06| R082| Change of representative|
    2014-04-03| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B23K0026320000 Ipc: B23K0026322000 Effective date: 20140226 |
    2014-04-03| R020| Patent grant now final|Effective date: 20140111 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410003745|DE102004003745B4|2004-01-23|2004-01-23|Laserbearbeitungsvorrichtung|DE200410003745| DE102004003745B4|2004-01-23|2004-01-23|Laserbearbeitungsvorrichtung|
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